生活垃圾重金属对环卫工人身体健康影响研究

唐志华,呼和涛力,刘敏茹,尹 华,郭华芳,熊祖鸿,陈 勇,



生活垃圾重金属对环卫工人身体健康影响研究

唐志华1*,呼和涛力2,刘敏茹1,尹 华1,郭华芳1,熊祖鸿1,陈 勇1,2

(1.中国科学院广州能源研究所,广东 广州 510640；2.常州大学,江苏 常州 213164)

以珠江三角洲5市(广州、深圳、佛山、惠州和肇庆)生活垃圾为研究对象,分析了55个生活垃圾样品的干基组分及典型重金属(As、Cd、Hg、Cr和Pb)的含量,采用主成分因子分析探论重金属的主要影响因素及可能来源,并结合人体健康风险评价模型,用蒙特卡洛模拟定量评价生活垃圾收运、分类及处理各环节环卫工人的健康风险.结果表明,珠江三角洲5市生活垃圾中As、Cd、Hg、Cr和Pb的浓度分别为(4.49±1.18), (1.95±1.96),(0.41±0.60),(147.28±160.48)和(121.59±199.42) mg/kg;生活垃圾中Hg和Pb可能主要来源于金属制品和镀金材料;Cd和Cr可能主要来源于金属制品、镀金材料、快餐垃圾和包装垃圾;As可能主要来源于生活垃圾中的沙土和草木组分.生活垃圾的收运、分类及处理环节,街道清扫保洁工人、分类收运工人和填埋处理工人的非致癌风险基本不用考虑,但致癌风险很高,致癌风险指数最高可达安全阈值的6倍,主要风险暴露途径为手-口摄入(非食物途径);垃圾焚烧处理工人的非致癌风险和致癌风险均很高,非致癌风险和致癌风险指数最高值分别约为安全阈值的11倍和90倍,主要风险暴露途径为手-口摄入和呼吸吸入;相同暴露环境下,女环卫工人的非致癌风险和致癌风险概率均略高于男环卫工人.因此,生活垃圾收运、分类及处理环节需做好安全防范措施,对重金属人体暴露途径进行阻隔.

生活垃圾；重金属；暴露途径；环卫工人；健康风险

生活垃圾中的有毒重金属含量不仅是影响垃圾处理工艺的重要指标[1-4],也是危害人类健康与生态环境安全的主要因素[5-8].环卫工人负责生活垃圾的收集、分类、运输与处理,由于长时间、高频率暴露于生活垃圾中,其身体健康状况逐步引起社会的广泛关注[9-10].As、Cd、Hg、Cr和Pb是生活垃圾中毒性排前五的重金属元素[11],研究其给环卫工人带来的健康风险,对有效保护环卫工人健康具有重要意义.

生活垃圾中包含大量有毒重金属,可通过多种暴露途径诱发癌症和其他疾病[9,12].前人对我国多个城市生活垃圾的重金属含量特征进行了研究,发现我国城市生活垃圾存在严重重金属超标现象[13-16],不同城市生活垃圾的组分特征和重金属来源存在一定差异[16-18],生活垃圾的重金属可通过多种途径进入生态圈和生物体[19-25],但前人的研究成果主要集中在重金属含量特征、迁移规律、环境污染及污染修复,即重点关注生活垃圾重金属对生态环境的影响,而对长期暴露于生活垃圾重金属的人体健康风险研究较少.

本研究以珠江三角洲5市(广州、深圳、佛山、惠州和肇庆)的生活垃圾为研究对象,进行垃圾组分及典型重金属(As、Cd、Hg、Cr、Pb)含量分析,采用统计分析和主成分因子分析探讨生活垃圾中典型重金属的含量特征及可能来源,并结合人体健康风险评价模型,用蒙特卡洛模拟定量评价环卫工人的健康风险,研究结果可为珠江三角洲5市生活垃圾重金属污染控制及环卫工人的健康风险防范提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 研究区域与采样

图1 研究区域及采样点分布 Fig.1 Study area map with location of sampling sites

珠江三角洲地区是我国人口集聚最多、综合实力最强的三大城市群之一,也是生活垃圾产生量最多的城市群之一.珠江三角洲70%左右的生活垃圾是填埋处理,30%左右的生活垃圾用于焚烧发电.本文以珠江三角洲5市(广州、深圳、佛山、惠州和肇庆)为研究区域,根据各市生活垃圾压缩站、转运站及垃圾处理场的地理位置分布,综合考虑生活垃圾的收储运的物流情况,选择具有代表性和垃圾产生量稳定性的垃圾收运或处理站点,共设计了55个采样点(图1).遵照中华人民共和国城市建设部《城市生活垃圾采样和物理分析方法》(CJ/T 313 -2009)[26],采用周边法对每个垃圾堆进行多点采集,在梯形体垃圾堆四周的上、中、下三个位置采集有代表性的样品,每条边采集15kg,进行必要的垃圾分拣,混合、搅拌均匀后取50kg样品.所有样品于2016年12月~2017年1月采集.

1.2 样品制备与测试

采样后24h内,用人工分选法进行生活垃圾的物理成份测定,将粗分捡后剩余的样品充分过筛(孔径10mm),筛上物细分捡各成分,筛下物按其主要成份分类,然后将样品的各种成份分别放在干燥的容器内,置于电热鼓风恒温干燥箱内,在(105±5)℃的条件下烘干至恒重,用天平(精度0.001kg)测试各干基组分的质量,并计算质量分数.用粉碎机将垃圾干基的粒径粉碎至5mm以下,然后将样品充分混合,采用4分法进行样品缩分处理,直至样品减至100g左右,并将其装入广口玻璃瓶备用.重金属测试前,取2g样品进行研磨处理,用研磨仪将粒径破碎至0.5mm以下,用天平称重1g左右样品进行重金属测试.

本次测试选取的重金属为毒性排前5名的As、Cd、Hg、Cr和Pb,其中As、Cd、Cr和Pb依据环境行业标准推荐的《危险废物鉴别标准—浸出毒性鉴别》(GB 5085.3-2007)[27]附录A的测试方法,用10mL 1:1的硝酸,5mL 65%的硝酸, 3mL 30%双氧水和10mL盐酸在温度(95±5)℃的环境下将样品消解,然后用电感耦合等离子体原子发射光谱方法(ICP-OES)进行测试(仪器型号:PerkinElmer Optima 8000DV);根据《城市生活垃圾汞的测定冷原子吸收分光法》(CJ/T 98-1999)[28]的测试方法,用王水、高锰酸钾、过硫酸钾对样品进行消解,然后采用冷原子吸收分光光度法进行Hg测试(仪器型号:Leemanlabs Hydra II AF Gold).

1.3 数据分析

1.3.1 统计分析 用描述统计分析生活垃圾干基的物理成份及As、Cd、Hg、Cr和Pb元素的含量特征,用主成分因子分析探讨生活垃圾重金属元素的可能来源,以上数据分析用SPSS19.0软件完成.

1.3.2 健康风险评价 通过模型和数学方法定量判断人体化学暴露后发生致癌和非致癌风险的概率.本研究采用EPA推荐的剂量-反应模型[29],根据暴露人群身体结构和行为习惯的差异,将暴露群体分为男环卫工人和女环卫工人;重金属暴露途径主要考虑手-口摄入(非食物途径)、呼吸吸入和皮肤接触3种途径.模型方程如下[29]:

式中:ADIing,ADIdermal,ADIinh分别为手-口摄入、皮肤接触和呼吸吸入3种暴露途径的日平均暴露量, ADI, mg/(kg·d);为暴露污染物的重金属浓度,mg/kg; IngR和InhR分别为手-口摄入率和呼吸吸入率,mg/d, m3/d;EF为暴露频率, d/a; ED为暴露持续时间,a; BW为暴露个体的体重,kg; AT为暴露时间周期,d; PEF为排放因子,m3/kg; SA为暴露皮肤表面积, cm2; AF为皮肤黏着系数, kg/(cm2·d); ABS为皮肤吸收因子; RfD为暴露途径下重金属参考剂量, mg/(kg·d); HQ为污染物的非致癌风险商; HI为非致癌风险指数,表示多种污染物的非致癌风险商之和; TEHI为非致癌风险总指数,表示多种污染物多种暴露途径的非致癌风险指数之和; TCRI为致癌风险总指数,表示多种污染物多种暴露途径的致癌风险指数之和;为污染物或暴露途径的数量;为污染物数量.

生活垃圾组分和来源复杂,样品不可避免的存在随机性和个性特征,加上环境系统的复杂性和多变性等不确定因素的影响,导致了健康风险评价的不确定性.因此,应该充分考虑这些不确定因素对评价结果的影响.蒙特卡洛模拟是一种概率统计方法,能充分考虑各种不确定因素对评价结果的影响,已广泛应用于各种风险评价[30].在求解健康风险评价模型时,对不确定性的参数值,蒙特卡洛模拟用该参数的分布函数替代具体输入数值,然后通过多次的随机试验进行模拟求解,直到计算结果完全收敛或达到预设的置信度,因此,蒙特卡洛模拟获得的健康风险评价是期望值的概率分布而非某个具体的风险值,有效避免了使用单一数据输入造成的评价结果过高或过低现象[30].

1.3.3 暴露途径 根据生活垃圾处理环节的不同,环卫工人可分为街道清扫保洁、垃圾分类、收运和垃圾处理工人,垃圾处理工人又可分为填埋处理和焚烧处理工人.由于工作性质和机械化作业程度的差别,各个环节的环卫工人接触垃圾的程度不同,其暴露途径也存在一定的差异,表1列出了生活垃圾处理环节与重金属暴露有关的环卫工人作业方式及主要暴露途径.

表1 生活垃圾处理环节环卫工人的作业方式与重金属暴露途径 Table 1 Working patterns of sanitation workers and heavy metal exposure pathways during the waste handling process

方程(1)~(6)中使用的随机参数借鉴国外内相关参考文献,生活垃圾沙土组分的重金属浓度取珠江三角洲表土重金属背景值,As、Cd、Hg、Cr和Pb的浓度分别为(8.90±2.05),(0.06±0.04),(0.08± 0.06),(50.50±53.36)和(36.00±23.39)mg/kg,且浓度分布服从标准正态分布[31].排放因子(PEF)采用粉尘排放因子,取值1.36×109m3/kg[32].珠江三角洲垃圾焚烧发电厂炉渣中As、Cd、Hg、Cr和Pb的浓度分别为(18.3± 4.4),(17.5±2.2),(3.0±1.7μg), (825.0±120.0)和(478.0± 180.0) mg/kg,且服从标准正态分布[33];式(3)中/PEF即为大气中的重金属浓度(mg/kg),珠江三角洲垃圾焚烧厂周边大气中As、Cd、Cr和Pb的浓度服从标准正态分布,分别为(0.010±0.001), (0.030± 0.007), (0.109±0.037), (0.422±0.084)μg /m3[34];珠江三角洲垃圾焚烧厂烟气排放Hg的浓度为(48.6± 33.4)μg/m3[35],焚烧厂周边空气中Hg的浓度为(0.0729±0.0502)~(0.3256± 0.2241)μg/m3,本文取值(0.0729±0.0502)μg/m3[36].根据环卫工人的最长工作年限,假设其持续暴露时间为30a.不同性别和体重的环卫工人,其日平均暴露剂量和暴露皮肤面积的不同,因此,健康风险评价也应充分考虑这些随机因素对评价结果的影响,表2列出了这些随机参数的概率分布函数及关键参数取值.表3列出了重金属元素各暴露途径的参考剂量(RfD)及其相应的致癌斜率因子(SF).用蒙特卡洛模拟来求解风险评价模型,计算程序用Matlab 2017a软件编写,共计算了1万次.

表2 健康风险评价的随机参数及分布 Table 2 Parameters and input assumptions used in the health risk assessment

注:1)男环卫工人;2)女环卫工人.

表3 重金属元素的参考剂量与致癌斜率因子Table 3 Values of RfD (mg/(kg·d)) and SF ((kg·d)/mg) for five heavy metals[32,43]

注:-表示数据缺失.

2 结果

2.1 珠江三角洲5市生活垃圾的物理成份

珠江三角洲5市生活垃圾干基组分的质量分数统计结果如图2所示.结果表明,珠江三角洲5市生活垃圾主要由沙土、玻璃、金属、纸、塑料、橡胶、布、草木、厨余和白塑料组成,其干基质量组分依次为厨余>塑料>纸>沙土>草木>布>玻璃>白塑料>金属>橡胶,其中厨余占15.19% ~ 47.30%,均值为24.78%;塑料占11.20% ~ 31.00%,均值为18.93%;纸类占6.45% ~ 26.67%,均值为14.38%;沙土占6.13% ~ 25.68%,均值为13.65%;草木占2.50% ~ 18.49%,均值为8.30%;布类占1.47% ~ 22.87%,均值为7.76%;玻璃占0 ~ 16.83%,均值为5.57%;白塑料占0.23% ~ 16.44%,均值为3.97%;金属占0 ~ 10.81%,均值为2.19%;橡胶占0 ~ 10.48%,均值为0.47%.

图2 生活垃圾干基组分的质量分数 Fig.2 Mass fraction of MSW components on a dry weight basis

2.2 珠江三角洲5市生活垃圾典型重金属含量特征

珠江三角洲5市55个生活垃圾样品的典型重金属(As、Cd、Hg、Cr和Pb)含量统计结果如表4所示.

表4 55个生活垃圾样品的重金属元素含量统计分析结果(mg/kg) Table 4 Statistical results of heavy metal contents in 55MSW samples (mg/kg)

注:–表示未检出;As的检测限为0.03μg/mL;Cd的检测限为0.002μg/mL; Hg的检测限为0.05μg/mL.

数据分析结果显示,珠江三角洲5市生活垃圾中As、Cd、Hg、Cr和Pb的浓度范围分别为0~ 4.49,0~9.88,0~3.65,12.81~814.56mg/kg和1.33~ 865.82mg/kg;浓度均值分别为0.97,1.95,0.41, 147.28,121.59mg/kg.各重金属元素的变异系数均大于100%.

2.3 环卫工人健康风险评价

生活垃圾从产生到最终处理,要经历不同的物流环节,重金属在各物流环节的人体暴露途径有所差别,对环卫工人健康影响程度也有所不同.综合考虑各物流环节环卫工人作业方式和重金属暴露途径的差异,分别计算了街道清扫保洁工人、分类收运工人、填埋处理工人和垃圾焚烧处理工人通过重金属手-口摄入、皮肤接触和呼吸吸入3种直接暴露途径下的非致癌风险和致癌风险.

2.3.1 非致癌风险 由于As和Pb的呼吸吸入参考剂量(RfD)缺失(表3),在计算呼吸暴露的非致癌风险时,仅考虑了Cd、Hg和Cr 3种元素.表5和表6分别列出了生活垃圾物质流环节不同重金属元素和不同暴露途径的非致癌风险指数.

表5 生活垃圾物质流环节不同重金属元素的平均非致癌风险指数 Table 5 Mean non-carcinogenic risks posed by different heavy metals during the waste handling process

表6 生活垃圾物质流环节不同暴露途径的平均非致癌风险指数 Table 6 Mean non-carcinogenic risks posed through different exposure pathways during the waste handling process

注:—表示未考虑.

2.3.2 致癌风险 由于Hg的致癌斜率因子(SF)缺失,Cd、Cr和Pb的致癌斜率因子不全(表3),总致癌风险指数仅包含了As(手-口摄入、皮肤接触和呼吸吸入)、Cd(呼吸吸入)、Cr(手-口摄入和呼吸吸入)和Pb(手-口摄入)的贡献.表7和表8分别列出了生活垃圾物质流环节不同重金属元素和不同暴露途径的致癌风险指数.

表7 生活垃圾物质流环节不同重金属元素的平均致癌风险指数

注:—表示数据缺失.

表8 生活垃圾物质流环节不同暴露途径的平均致癌风险指数

注:—表示未考虑.

3 讨论

3.1 生活垃圾的物理成分及重金属含量特征

从生活垃圾干基组分的质量分数来看(图2),厨余是珠江三角洲地区生活垃圾的第一大组分,其次依次为塑料、纸和沙土等,这与我国其他城市(如北京市和成都市)生活垃圾的组分特征基本一致[18,44].珠江三角洲生活垃圾中沙土的平均质量分数(13.65%)明显低于广东省农村地区(约20%)[45],我国农村地区生活垃圾中的沙土组分的质量分数普遍高于城市地区[18].

从生活垃圾的重金属含量特征来看(表4),珠江三角洲生活垃圾中Cr的质量分数最高,其余依次为Pb、Cd、As和Hg.与国内大城市相比,珠江三角洲生活垃圾中Cr和Pb的质量分数均高于北京市和上海市,但As、Cd和Hg的质量分数与北京市和上海市的生活垃圾相当[15,46].与广东省农村生活垃圾相比,珠江三角洲生活垃圾中Pb的质量分数明显高于广东农村地区,但Cr和Cd的含量与广东农村地区相当[45].表4中重金属质量分数的变异系数均大于100%,说明数据离散程度较大,这一方面是由生活垃圾非均质的固有特征所决定,另一面也与生活垃圾产生的区域特征和季节变化等因素有关[18].

3.2 生活垃圾中典型重金属的来源

主成分因子分析(PCA)是判断重金属含量影响因素及可能来源的重要方法[47-49],本文采用主成份分析法提取因子,计算出特征值和累积贡献率(如表9所示),选取特征根大于1的因子.为了方便因子解释,采用最大方差旋转法计算因子正交旋转矩阵(表10).

因子分析结果显示,2个主因子可以较好的描述珠江三角洲5市生活垃圾中重金属的主要来源,累积方差达80.46%(表9).因子1解释了总方差的40.52%, Hg、Cd、Pb和Cr具有较高的载荷系数(表10),因子2解释了总方差的39.94%, Cd和Cr具有较高的载荷系数(表10).

表9 特征值和累积贡献率

注:提取方法为主成分分析.

表10 方差极大正交旋转后因子载荷矩阵

注:提取方法为主成分分析;旋转法:具有Kaiser标准化的正交旋转法;旋转在3次迭代后收敛.

前人研究表明,生活垃圾的重金属既来源于垃圾中的金属制品和表面镀金的各种生活材料,如电池、废灯管、废旧电器等,也来源于含重金属的垃圾组分,如餐厨垃圾、报纸、塑料和草木等[50].重金属Hg大多来自电池(如汞铅电池和碱性电池)、荧光灯管、温度计和其他废旧电器等[51];Pb大多来源于生活垃圾中干电池、报纸、塑料、颜料等[18,51];Cd和Cr既来源于生活垃圾中的金属组分和表面镀金的各种生活材料,也来源于生活垃圾的塑料、白塑料、印刷品和草木等组分[52-54].珠江三角洲经济发达,人口众多,随着网购和快餐业务的发展,产生了大量的包装垃圾和快餐垃圾,生活垃圾物理成分分析结果表明,珠江三角洲生活垃圾中纸类、塑料和白塑料的质量分数约占生活垃圾总重的44%.因此,因子1可解释为生活垃圾中的金属制品和表面镀金材料,因子2可解释为包装垃圾和快餐垃圾.重金属元素As在主成分1和主成分2中的载荷系数均较低,说明As的来源比较特殊,王玮等[48]研究了中国沿海城市生活垃圾中As的来源,发现塑料、布、纸类和贝壳等组分中As含量很少,生活垃圾中90%以上的As来自动植物组分和沙土成份,因此,珠江三角洲5市生活垃圾中的As也可能主要来源于垃圾中的沙土和草木组分.

3.2 生活垃圾各处理环节的重金属健康风险评价

3.2.1 非致癌风险 评价结果显示,重金属Cr对非致癌风险指数的贡献最大,主要是因为珠江三角洲生活垃圾中Cr的质量分数最高;如果生活垃圾的最终处理方式是填埋,则生活垃圾各物质流环节的非致癌风险指数无明显差别,即街道清扫保洁工人、分类收运工人和填埋处理工人的非致癌风险指数相差无几(表5),主要是因为呼吸吸入和皮肤接触对非致癌风险总指数的贡献太小,相对于手-口摄入,呼吸吸入和皮肤接触的非致癌风险几乎可以忽略(表6),这与环卫工人的作业方式密切相关.在街道清扫保洁过程中,环卫工人直接接触垃圾的概率较高,而生活垃圾本身释放到空气中的颗粒物有限,尘土颗粒的重金属含量不高,且未考虑汽车尾气对街道清扫保洁工人健康的影响,故其呼吸吸入的重金属并不多.如表1所述,生活垃圾分类收运和填埋处理环节重金属主要暴露途径均为手-口摄入和皮肤接触,但皮肤接触主要为手的皮肤,接触面积较小,故对非致癌风险指数的贡献不大;如果生活垃圾的最终处理方式是焚烧,则各重金属元素的非致癌风险指数大幅提高(表5),其主要暴露途径为呼吸吸入和手-口摄入(表6),因为生活垃圾焚烧处理后,重金属向灰渣、飞灰和大气中迁移[33],更容易被人体吸收.此外,不同重金属元素和不同暴露途径的平均非致癌风险指数总是女性略高于男性,主要是因为健康评价模型仅考虑了男、女体重和暴露皮肤面积的差异,而未考虑其他因素,总体上来说来,男性的平均体重和皮肤面积总是大于女性.

图3 生活垃圾物质流环节非致癌风险总指数的累积概率分布 Fig.3 Cumulative probability distribution of the non-carcinogenic risk index during the waste handling process

根据EPA的指南,如果非致癌风险指数(HI)小于1,暴露个体的非致癌风险基本不用考虑,如果非致癌风险指数大于1,暴露个体存在非致癌风险,并且随着风险指数的增加,发生非致癌风险的概率随之增加[56].图3中非致癌风险指数的累积概率曲线显示,相同暴露环境下,女环卫工人的非致癌风险概率略高于男环卫工人;如果生活垃圾是填埋处理,则重金属在各物质流环节的非致癌风险指数均小于安全阈值,意为着环卫工人的非致癌风险基本不用考虑;如果生活垃圾是焚烧处理,在焚烧处理环节,大约只有2%左右的非致癌风险指数小于1,意味着1万次随机试验中有9800次的非致癌风险指数大于1,最高值约为11,说明垃圾焚烧处理环节,环卫工人的非致癌风险非常高.

3.2.2 致癌风险 与非致癌风险评价结果类似,重金属Cr对致癌风险指数的贡献最大;如果生活垃圾的最终处理方式是填埋,则生活垃圾中各物质流环节的致癌风险指数无明显差别(表7),其中手-口摄入是最主要暴露途径,相对于手-口摄入,呼吸吸入和皮肤接触的致癌风险几乎可以忽略(表8).相同暴露环境下,女环卫工人的致癌风险概率略高于男环卫工人(图4).

图4 生活垃圾物质流环节致癌风险总指数的累积概率分布 Fig.4 Cumulative probability distribution of the carcinogenic risk index during the waste handling process

根据前人的研究结果,如果致癌风险指数(TCRI)小于1×10-6,则基本不用考虑致癌风险;如果致癌风险指数(TCRI)大于1×10-4,其致癌风险基本无法接受;如果致癌风险指数(TCRI)位于1×10-6~1×10-4之间,尚在可接受范围之内,但也要结合具体情况和暴露环境判断[56].图4中致癌风险指数的累积概率曲线显示,在街道清扫保洁、分类收运和填埋处理环节,致癌风险指数小于1×10-4的概率大约只有2%左右,最高值大约为6倍安全阈值,意味着环卫工人的致癌风险概率很高;如果生活垃圾为焚烧处理,在焚烧处理环境,致癌风险指数小于1×10-4的概率为0,最高值约为安全阈值的90倍,所以生活垃圾焚烧处理环节的致癌风险更高.

由于健康评价模型尚存在一定的缺陷,未能充分考虑重金属元素价态的变化及人体各器官对重金属的吸收率[56],如Cr6+进入人体后可能会变成Cr3+,其生物毒性将大幅降低[57],此外,进入人体的重金属元素也不可能100%被人体器官吸收,因此可能造成风险评价结果比实际风险偏高.但综合来看,珠江三角洲地区生活垃圾重金属对环卫工人身体健康影响较大.如果生活垃圾是填埋处理,各物质流环节的非致癌风险基本可以忽略,但致癌风险仍然极高;如果生活垃圾是焚烧处理,则焚烧环节的非致癌风险和致癌风险均很高.5种重金属元素中,Cr对风险总指数的贡献最大.在各物质流环节,手-口摄入对风险总指数的贡献最大,皮肤暴露途径的非致癌风险指数和致癌风险指数均远小于安全阈值,呼吸吸入也只有在生活垃圾焚烧环节大于安全阈值,主要是因为焚烧厂周边空气中重金属浓度大幅增加.因此,生活垃圾的各物质流环节,直接接触生活垃圾的环卫工人一定要做好安全防护,特别是避免手直接接触到垃圾,如果触碰到垃圾要及时清洗;焚烧厂的垃圾处理工人,特别是工作在一线的垃圾焚烧工人,一定要做好更严格的保护,工作时需要配戴密封性较好的手套和面罩,避免接触炉渣和飞灰,防止空气中的重金属通过呼吸进入人体.此外,本研究未考虑垃圾焚烧处理过程中其他非重金属污染物,如“二噁英”的致癌风险,二噁英也可能通过呼吸途径进入人体,因此,垃圾焚烧厂需要从技术改良和安全防护两个方面提升,既要减少污染物的排放又要对污染物的人体暴露途径进行阻隔.

4 结论

4.1 珠江三角洲5市生活垃圾主要由沙土、玻璃、金属、纸、塑料、橡胶、布、草木、厨余和白塑料组成,其干基平均质量组分依次为厨余(24.78%)>塑料(18.93%)>纸(14.38%)>沙土(13.65%)>草木(8.30%)>布(7.76%)>玻璃(5.57%)>白塑料(3.97%)>金属(2.19%)>橡胶(0.47%).

4.2 珠江三角洲5市生活垃圾中As、Cd、Hg、Cr和Pb的浓度分别为(4.49±1.18),(1.95±1.96),(0.41± 0.60),(147.28±160.48)和(121.59±199.42) mg/kg;生活垃圾中Hg和Pb可能主要来源于金属制品和镀金材料, Cd和Cr可能主要来源于金属制品、镀金材料、快餐垃圾和报纸垃圾; As可能主要来源于生活垃圾中的沙土组分和草木组分.

4.3 生活垃圾的收运及处理环节,街道清扫保洁工人、分类收运工人和填埋处理工人的非致癌风险基本不用考虑,但致癌风险仍然极高,最高可达安全阈值的6倍,主要暴露风险为手-口摄入;垃圾焚烧处理工人的非致癌风险和致癌风险均很高,非致癌风险最高可达安全阈值的11倍,致癌风险最高可达安全阈值的90倍,主要暴露风险为手-口摄入和呼吸吸入.相同暴露环境下,女环卫工人的非致癌风险和致癌风险概率均略高于男环卫工人.

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Study on influencing of heavy metal in municipal solid waste on health of sanitation workers.

TANG Zhi-hua1*, HUHE Tao-li2, LIU Min-ru1, YIN Hua1, GUO Hua-fang1, XIONG Zu-hong1, CHEN Yong1,2

(1.Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China；2.Changzhou University, Changzhou 213164, China)., 2019,39(3)：1278~1288

The As, Cd, Hg, Cr, and Pb contents (on a dry weight basis) of 55 municipal solid waste (MSW) samples from five cities (Guangzhou, Foshan, Huizhou, Shenzhen, and Zhaoqing) in the Pearl River Delta were determined. Principal component analysis was performed to assess the factors affecting the heavy metal concentrations and possibly identify the sources of the heavy metals. The health risks posed to sanitation workers exposed to heavy metals while collecting, sorting, and disposing of MSW were assessed using a combined health risk assessment model and Monte Carlo simulation. The mean As, Cd, Hg, Cr, and Pb concentrations in the MSW samples were (4.49±1.18)mg/kg, (1.95±1.96)mg/kg, (0.41±0.60)mg/kg, (147.28±160.48)mg/kg, and (121.59±199.42)mg/kg, respectively. Hg and Pb in MSW were probably mainly derived from metalware and materials with metallic coatings. Cd and Cr were derived from metalware and metallic coatings and also from fast food and packaging waste. Element As was probably main derived from soil and grass. Non-carcinogenic risks for workers during waste collection, sorting, and disposal to landfill could be ignored, but carcinogenic risks were very high. The highest carcinogenic risk index was about six times the safety threshold. The highest risks were posed through ingestion after hand-to-mouth contact (not through ingestion of food and drink). Non-carcinogenic and carcinogenic risks were both high for waste incineration workers, the highest non-carcinogenic and carcinogenic risk indices being 11 and 90 times, respectively, the safety thresholds. The highest risks were posed through ingestion after hand-to-mouth contact and inhalation.Non-carcinogenic and carcinogenic risks were slightly higher for female than male workers for the same exposure situations. Precautions must therefore be taken to decrease the exposure of workers to heavy metals during waste collection, sorting, and disposal.

municipal solid waste(MSW)；heavy metals；exposure pathways；sanitation workers；health risk

X799.3,X24

A

1000-6923(2019)03-1278-11

唐志华(1982-),男,湖南慈利人,助理研究员,博士后,主要从事区域能源与环境可持续发展研究.发表论文10余篇.

2018-06-15

广东省科技计划项目(2014A080802009);广东省博士科研启动基金资助项目(2018A030310084)

*责任作者, 助理研究员, tangzh@ms.giec.ac.cn